DE29506005U1

DE29506005U1 - Einrichtung zur Bearbeitung von Bohrungen in Werkstücken mittels Laserstrahl

Info

Publication number: DE29506005U1
Application number: DE29506005U
Authority: DE
Original assignee: Maschinenfabrik Gehring GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Gehring GmbH and Co KG
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2005-04-08

Description

Patentanwalt
Dipl.-lng. W. Jaddsch & Partner

Menzelsir. 40 · 70192 Stuttgart

Maschinenfabrik A 40 274/keie

Gehring GmbH & Co. _e a ., __&Lgr;&Agr;_

Gehringstr. 28 5. Äpni 1995

73760 Ostfildern

Beschreibung

Einrichtung zur Bearbeitung von Bohrungen in Werkstücken

mittels Laserstrahl

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Feinbearbeitung der Oberfläche von Werkstückbohrungen mit einem Laserstrahlwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der EP 0 565 742 Al bekannt, in der ein Honverfahren zur Feinbearbeitung von Werkstück-Oberflächen in mindestens zwei Verfahrensschritten beschrieben ist. In einem der Verfahrenschritte wird eine Bohrungswandung auf das vorgesehene Endmaß fertig gehont, wobei eine sehr feine Struktur mit geringer Tiefe der Honspuren erzeugt wird, so daß ein großer Anteil der Oberfläche tragend wirkt. In einem anderen Verfahrensschritt, der vor oder nach dem Fertighonen ausgeführt werden kann, werden mittels eines Laserstrahls einander überschneidende Riefen nach einem vorgegebenen Muster erzeugt, um ein Schmiermittelreservoir für den späteren Einsatz des Werkstückes zu erzielen.

Nach der DE 43 16 012 können Werkstückoberflächen mit einer gattungsgemäßen Einrichtung auch derart bearbeitet werden, daß nicht nur die Riefen, sondern auch die sonst durch Honen entstehenden Spuren mittels des Laserstrahles erzeugt werden. Die von dem Laserstrahl erzeugten Vertiefungen sind sehr gleichmäßig und können durch Steuerung des Strahles in ihrem Verlauf genau bestimmt werden. Auch können verschie-

dene Bereiche der Werkstückoberfläche mit unterschiedlichem Verlauf und Überschneidungswinkel der Riefen und Rillen erzielt werden.

In der US-A 5,252,804 ist ein Laserstrahlwerkzeug beschrieben, das zum Einschweißen von Dichtungsmuffen in Rohre geeignet ist. Bei diesem Werkzeug ist innerhcilb einer rohrförmigen Halterung ein Optik-System zur Umlenkung des Laserstrahles angeordnet, für dessen Austritt eine radiale Öffnung in der Halterung vorhanden ist. Das Optik-System enthält einen Umlenkspiegel und ein Linsensystem, die lagefest zueinander angeordnet sind. Daher muß der Abstand der Schweißverbindung zu der Außenseite des Laserstrahlwerkzeugs exakt eingehalten werden, und für die Bearbeitung unterschiedlicher Muffen bzw. Rohrdurchmesser ist jeweils ein besonderes Laserstrahlwerkzeug erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der im Anspruch 1 genannten Gattung derart auszubilden, daß auf einfache Weise eine Fokussierung des Laserstrahls möglich ist, wobei die Einrichtung ohne Werkzeugwechsel bei Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern einsetzbar sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß das Laserstrahlwerkzeug mittels einer von außen zu betätigenden Verstellvorrichtung auf verschiedene Bohrungsdurchmesser einstellbar und damit universell einsetzbar ist, wodurch die Werkzeugkosten reduziert werden und ein automatischer Arbeitsablauf ohne Unterbrechungen für den Werkzeugwechsel möglich ist.

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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zweckmäßig ist das verstellbare Optikteil in einem Tubus gehalten, der innerhalb der Maschinenspindel berührungslos geführt ist, so daß bei der Rotation der Maschinenspindel und bei der Längsverschiebung des Tubus keine Reibkräfte zu überwinden sind. Die Verstellvorrichtung ist bevorzugt als NC-gesteuerte Positioniereinrichtung ausgebildet, der ein NC-Speicher zugeordnet ist. In diesem NC-Speicher werden für eine Anzahl unterschiedlicher Werkstückbohrungen die zu bearbeitenden Durchmesser bzw. die durch die Positionierachse anzufahrenden Stellungen abgespeichert. Durch eine Werkstücktyp-Erfassungseinrichtung, die mit der Verstellvorrichtung gekoppelt ist, kann automatisch der zu bearbeitende Werkstücktyp erkannt und die Verstellvorrichtung aktiviert werden, damit der Laserstrahl passend fokussiert wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der einzigen Zeichnungsfigur ist ein Längsschnitt durch eine Maschinenspindel mit Laserstrahlwerkzeug schematisch dargestellt. Dabei ist in einem Gehäuse einer Spindeleinheit 3 eine Maschinenspindel 1 drehbar gelagert, die durch eine Hülse 2 verlängert und in an sich bekannter Weise mit einem in der Zeichnung nicht gezeigten Antriebsmotor und einer angetriebenen Hubvorrichtung gekuppelt ist. Die Maschinenspindel 1 ist rohrförmig ausgeführt und an ihrem aus der Spindeleinheit 3 ragenden Ende 15 mit der Hülse 2 versehen, die starr an der Maschinenspindel 1 befestigt ist. In der Hülse 2 befindet sich ein Optik-System, das zu einem Laserstrahlwerkzeug 6 gehört; der den Strahl erzeugende Laser ist nicht dargestellt. Die Hülse 2 hat ei-

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ne Stirnwand 20, an der auf einem mit einer Schrägfläche versehenen Sockel 21 ein Spiegel 4 befestigt ist, der Bestandteil des Optik-Systems ist. Der Spiegel 4 ist, bezogen auf die Achse 14 der Maschinenspindel, in einem Winkel von 45° angeordnet. In der Mantelfläche der Hülse 2 ist eine radiale Öffnung 22 vorgesehen, die sich bezüglich der Achse 14 in derselben Ebene befindet wie der Spiegel 4, das heißt, der Mittelpunkt des Spiegels 4 liegt auf derselben Orthogonalen wie der Mittelpunkt der Öffnung 22.

Durch die hohle Maschinenspindel 1, 2 ragt ein Tubus 7, der sich bis in die Hülse 2 erstreckt und in der Maschinenspindel 1, 2 einen radialen Abstand zu deren Innenwandung hat. Nahe eines vorderen Endes 17 des Tubus 7 ist eine Sammellinse 8 angeordnet, die Bestandteil des Optik-Systems 4, 8 ist und als Fokussiereinrichtung für den Laserstrahl dient. Die Geometrie der Sammellinse bestimmt einen Fokuspunkt 19 des Laserstrahls. Das andere Ende 18 des Tubus 7 ist mit einer Verstellvorrichtung 9 gekoppelt, mittels welcher der Tubus 7 in Richtung des Pfeiles 12 längsverschiebbar ist. Die Verstellvorrichtung 9 ist ebenfalls in der Spindeleinheit 3 gelagert.

Die Maschinenspindel 1, 2 ist gemäß Pfeil 10 drehbar und führt außerdem die Hubbewegung gemäß Pfeil 11 aus. Der axial durch den Tubus 7 hindurch eingespeiste Laserstrahl wird in der Sammellinse 8 zusätzlich gebündelt und mittels des Spiegels 4 umgelenkt, so daß er durch die radiale Öffnung 22 hindurch auf die Wand 5 einer Bohrung 16 in einem Werkstück 13 auftrifft. Der Abstand zwischen der Sammellinse 8 und dem Punkt, an welchem die Spindelachse 14 die Ebene des Spiegels 4 schneidet, ist mit L &igr; bezeichnet, und der Radius der Bohrung 16 entspricht dem Abstand L 2 zwischen dem genannten Punkt und der Wand 5, da die

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Spindelachse 14 zugleich die Mittelachse der Bohrung 16 ist.

Zur Laserstrahlbearbeitung des Werkstückes 13 muß wegen der konstanten Gesamtlänge L &igr; plus L 2 ^di^e Sammellinse 8 in eine Position gebracht werden, bei der der Fokuspunkt 19 exakt an der Wand 5 liegt. Damit Bohrungen mit verschiedenen Durchmessern ohne Werkzeugwechsel bearbeitet werden können, wird die durch den Radius der Bohrung bedingte Änderung von L 2 durch Fokussierung mittels Längsverschiebung des Tubus 7 kompensiert, wobei der Abstand L &igr; zwischen Sammellinse 8 und Spiegel 4 um denselben Betrag geändert wird.

Die Verstelleinrichtung 9 ist als NC-gesteuerte Positioniereinrichtung ausgebildet, der ein NC-Speicher zugeordnet ist. In dem NC-Speicher werden die entsprechenden Daten bezüglich Durchmesser und anzufahrender Stellung in der Positionierachse für eine Anzahl von Werkstückbohrungen abgespeichert. Auf der Grundlage der betreffenden Daten wird die Positionierung durchgeführt, wobei die Fokussierung auf verschiedene Durchmesser automatisch und ohne Unterbrechung des Arbeitsablaufs erfolgt.

Die Veränderung des Abstandes L 1 kann alternativ zu der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Lösung auch durch Verschiebung des Spiegels bei feststehender Sammellinse erfolgen oder gegebenenfalls auch durch gegensinnige Bewegung von Sammellinse und Spiegel. In diesen Fällen muß die radiale öffnung die für die Funktion erforderliche axiale Länge aufweisen. Als Element zur Umlenkung des Laserstrahls kann auch ein Prisma aus einem Werkstoff mit entsprechendem Brechungsindex und erforderlicher Geometrie verwendet werden.

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Claims

Patentanwalt Dipl.-Ing. W. Jackisch & Partner Menzeistr.4O ■ 70192 Stuttgart Maschinenfabrik A 40 274/keie Gehring GmbH & Co. = ^ ., ^r Gehringstr. 28 b. ^f^ '&#3 73760 Ostfildern Ansprüche

1. Einrichtung zur Feinbearbeitung der Oberfläche von Werkstückbohrungen (16), mit einem Laserstrahlwerkzeug (6), das an einer insbesondere heb- und senkbaren Maschinenspindel (1, 2) angebracht ist und ein Optik-System (4, 8) enthält, mittels der der Laserstrahl aus seiner zur Achse (14) der Maschinenspindel (1, 2) parallelen Richtung in eine radiale Richtung umgelenkt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Optik-System (4, 8) innerhalb der hohlen Maschinenspindel (1, 2) angeordnet ist, die eine radiale Öffnung (22) für den Durchtritt des umgelenkten Laserstrahles aufweist, und daß das Optik-System zur Fokussierung des Laserstrahles ein Optikteil (8) enthält, das mittels eines Stellgliedes (7) verstellbar ist, welches in der Maschinenspindel (1, 2) gelagert und mit einer außerhalb der Maschinenspindel (1, 2) befindlichen Verstellvorrichtung (9) einstellbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Optikteil als eine in einem verschiebbaren Tubus (7) gehaltene Sammellinse (8) ausgeführt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Optik-System (4, 8) zur Umlenkung des Laserstrahls einen unbeweglich ge-

lagerten Spiegel (4) aufweist, der zur Längsachse (14) des Tubus (7) in einem Winkel von 45° angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Tubus (7) mit der außerhalb der Maschinenspindel {1, 2) befindlichen Verstellvorrichtung (9) gekoppelt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (4) des Optik-Systems (4, 8) mittels eines Sockels (21) an einer Stirnwand (20) einer Hülse (2) gehalten ist, die Bestandteil der Maschinenspindel (1, 2) ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt des Spiegels (4) auf derselben Orthogonalen zur Achse (14) der Maschinenspindel liegt wie der Mittelpunkt der radialen Öffnung (22).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tubus (7) innerhalb der Maschinenspindel (1, 2) mit radialem Abstand zu deren Innenwandung angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserstrahlwerkzeug (6) auswechselbar gehalten ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung (9) oberhalb der Maschinenspindel (1, 2) angeordnet ist.

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10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung (9) als NC-gesteuerte Positioniereinrichtung ausgebildet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Positioniereinrichtung verbundener NC-Speicher vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Werkstücktyp-Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, die mit der Verstellvorrichtung (9) gekoppelt ist.

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